Битва между вирусом и клеткой-хозяином
Ученые из Вюрцбургского университета и Института Гельмгольца по исследованию инфекций на основе РНК (HIRI) разработали новый метод scSLAM-seq, позволяющий отслеживать активность тысяч генов в отдельных клетках в течение нескольких часов. Это позволило впервые объяснить, почему одни клетки успешно заражаются вирусом, а другие — нет. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Суть метода scSLAM-seq
Исследователи изучали, как меняется активность генов в отдельных инфицированных мышиных клетках после заражения цитомегаловирусом.
- Проблема старых методов: Обычное секвенирование РНК единичных клеток (scRNAseq) не позволяет отслеживать краткосрочные изменения и дает лишь "моментальный снимок" состояния клетки.
- Решение — метка "новой" РНК: В момент заражения вирусом в среду с клетками добавляли химически модифицированный компонент РНК — урацил. Клетки включали его только во вновь синтезируемую РНК.
- Химическая конверсия: Через два часа после заражения меченый урацил в новой РНК с помощью химической реакции превращали в цитозин. Это создавало уникальную метку, отличающую РНК, произведенную после заражения ("новую"), от ранее существовавшей ("старой").
Ключевые открытия
Анализ РНК 100 отдельных клеток с помощью запатентованного биоинформатического метода GRAND-SLAM позволил оценить экспрессию более 4000 генов на клетку и точно измерить долю новой и старой РНК.
- Транскрипция происходит "всплесками": Производство РНК (транскрипция) генов, особенно тех, что помогают бороться с инфекцией, происходит не непрерывно, а по принципу вкл/выкл. В клетке почти вся РНК определенного гена оказывалась либо полностью "новой", либо полностью "старой".
- Ритм клеток индивидуален: "Всплесковая" активность зависит от структуры промоторов — участков ДНК, контролирующих транскрипцию. Это объясняет, почему клетки с изначально идентичным профилем РНК через несколько дней имеют совершенно разные РНК, и почему одни клетки могут немедленно атаковать вирус, а другим сначала требуется сигнал от соседей.
- Защита от аутоиммунитета: Такой принцип включения генов, вероятно, защищает организм. Если бы все противовирусные гены работали постоянно в каждой клетке, это могло бы привести к нежелательным реакциям и аутоиммунным заболеваниям. Включаясь только при необходимости, иммунная система создает защиту без риска вредных ложных реакций.
Значение и перспективы
Метод scSLAM-seq впервые позволяет увидеть, как единичная клетка реагирует на внешний стимул (например, инфекцию) в короткие сроки. Он открывает новые возможности для:
- Нокаут-исследований по поиску ключевых генов в борьбе с патогенами.
- Изучения развития болезней и разработки лекарств.
- Дозозависимых анализов на уровне одной клетки с течением времени.